SSTCが作れない…

4月も半ばになりました。DTMerの皆さまにおかれましては、春の全裸DTM
祭りが開催中なこととお慶び申し上げます。

もうちょっとﾊﾟﾜﾌﾘｬな SSTC を作ろうとしているのですが、なかなか部材が
揃わないので、今回は細かな作業のまとめ記事です。




前回の記事でコイルの芯材をダンボールで作ったりしていましたが、実際に
作ってみたら全然フニャフニャでとても巻けそうにないので、これは捨て。

硬い芯材として、ポスターやカレンダー等を保管する為の紙パイプ・紙筒が
良いだろうと思って探してみるも、意外と高いです。ぶっちゃけ、下水用の
塩ビパイプの方が安い。なので、塩ビパイプをポチッておきました。


で、その間に芯に巻くコイル用の線材を確保。



この作業、一体何度目だ。

また適当なトランスから鉄芯を抜いて、一次側のコイルを確保。



2巻用意しました。左がΦ0.4mm、右がΦ0.3mm。微妙に太さが違うけど、
多分問題ないでしょう。2つで大体125mくらいありました。




YouTubeでテスラコイルの動画を観漁っていたら、容量球と床との間に発生
する浮遊容量が大事！的な事を言っていたので、プラ容器にアルミホイルを
巻いて容量球を作り、装置の底面にも電源のGNDに繋がるプレートを付けて
みました。



そこへ放電極であるブラインドリベットを突き立てます。

では放電させてみましょう。もっとコロナ放電が大きくなる事を期待…。



何も変わりませんでした🤣


塩ビパイプはﾖﾄﾞﾊﾞｽｨで売っていた「クボタケミックス 排水用塩ビパイプ
VU 75X0.5M VU75X0.5M」を買いました。



この「VU 75X0.5M VU75X0.5M」という表記から単純に外径Φ75mmの
管だと思っていたのですが、ポチッた後で何気なく調べてみたら…。



何と、規格上VU75の外径はΦ89mmとの事。何でそんな紛らわしい表記に
なってるんだ。

定規で89mmを確認しながら「う～ん、まぁこれ位なら問題ないでしょ」と
とりあえずこれで作ろうと決めたのですが、実物を手に取ったら



クソでかい(絶望)

いやさすがにちょっとこれはデカ過ぎるし重すぎるな。長さ500mmを丸々
使うつもりはなく線材125mを巻き切った所で切ろうと考えていたのですが、
それでもこれは思った以上に径がデカすぎる。



やっぱりダメでした、Φ89mm。￥352で激安なのは良かったんですが。

なので結局また注文し直しました。今度はVU50、Φ60mmの物をチョイス。
ただ塩ビパイプ全般は取り寄せ商品なので、これでまた届くまでに2～3日
かかりますね。




ほいじゃ先日作ったSSTC用ゲートドライブ回路の改良でもしますか。

以前製作したファン速度の自動調整回路など諸々一式をMOSFETに流用。
見えていませんが裏面に冷却ファンが付いています。これで冷やし切れない
ようなら、以前のSSTCに使ったCPU用ヒートシンクを横取りしますかね。



MOSFET は250V 12Aの日立 2SK1762を使いました。12V 5Aアダプタで
動かす予定なので、これくらいあれば十分でしょう。

電流共振駆動SSTCの製作記事を見ると、みな600Vなど耐圧の高いMOSFET
使ってるんですよね。電圧より電流容量の方が重要だと思っていたのですが、
ここは先人に従って高耐圧のものに変更。
足りないようなら更に500V、600Vのものも視野に入れています。

RDS(on)が0.23Ω(Typ.)でやや高めなのが気になる所。発熱が気になるようで
あれば、もっとRDS(on)の低いものにするかも。


塩ビパイプが届いたら、またあの苦行のコイル巻き作業が待っています…。
もっと楽に巻きたい。

NE555P で作るSSTC #1

先日何気なくWikipediaの テスラコイル の項目を読んでいて「テスラコイル
では共振要素の相当部分が浮遊容量なので共振周波数が不安定であり、設置
状況などにより周波数を調整する必要がある。」という文が気になりました。

これまでは周波数の調整をする必要がないように、このページに載っている
「電流共振駆動」タイプのものを作って来ましたが、NE555Pで発振させて
その出力で一次コイルを駆動したら、より強力な発振が起こる周波数を探す
事が出来るのでは？と思い立った訳です。

なので今回は、その周波数を可変する回路を作りました。


こちらの タイマIC 555 計算機 というツールを使わせて頂いて、使いやすい
周波数が出る抵抗値を探り…。



このような回路を作りました。

この回路の出力をMOSFETの G に入れるのですが、電源を共有してしまうと
負荷によってはMOSFETがONになった時、この回路の電源電圧がほぼ0Vまで
落ちてしまう気がしたので、それぞれ個別の電源で動かします。

これで5.5k～50kHzの使い易い範囲で周波数を可変出来ます。抵抗1.2kΩを
ショートする事によって6.5k～343kHzと大幅に周波数を上げる事が出来る
ように、ジャンパも付けて置きました。

※10uF は安定化のため一応付けてありますが、無くても大丈夫かと。
※GND 高圧出力の一方をGNDに落とすかどうかは、まだ決めていません。
　落とすと出力が下がる気がするんですよね～。というか下がりましたし。
　このGNDは電流共振駆動の回路特有のものなので、今回は不要ですね。



という訳で完成です。ピンヘッダにショートプラグを挿すと周波数が上がり
ます。

自分が試した限りでは特に問題は起こりませんでしたが、7ピンー2ピンの
間が 0Ω になると555内で7ピンに繋がっているトランジスタがお亡くなり
になるらしいので、最低でも100Ω以上を確保した方が良さそうです。

この回路の場合であれば 1.2kΩ－10kB可変抵抗 と直列になっている部分に
更に直列で100Ωを入れるなど。




この回路では、デューティ比はほぼ50％前後で固定。回路図に記載の通り、
最大の343kHzで68％となっています。これ以上の周波数は多分必要ないと
思うのですが、必要であれば2-1ピン間のコンデンサ 10nF(0.01uF)を少し
小さな値(6～8nF)程度にすれば上げられますね。




では実験。今回はCCFL用のトランスを使ってみます。555の回路は5V駆動、
MOSFETはいつもの12V 5Aアダプタをスイッチングしています。

電流共振駆動型は電源電圧を上げるとMOSFETの G 電圧も上がってしまう
ので、ツェナーで保護しなければなりません。ツェナー無しで調子に乗って
電圧をバカバカ上げた結果MOSFETが飛んでしまう、というパターンが多々
ありましたが、この回路なら G 電圧は5V一定です。D-S 間の定格を守って
いれば壊れる事はないでしょう、多分。




ふむ…動作させながら周波数を5.5～50kHzまで広く可変させてみましたが、
このトランスでは大体12～28kHzの範囲で放電が起こり、範囲外の周波数に
なると放電が停まってしまいます。

目に見える放電がなくても検電ドライバを近付けると光るので、高圧自体は
生成されているようですが、ある周波数の範囲内でないと放電する電圧まで
届かないみたいです。

う～ん、やっぱりオゾンくさっ。


ゲートドライブ用の発振回路は上手く動作したので、以前コロナ放電を見る
ために作った SSTC を今後さらに改良して、電球プラズマボールを完成させ
たいですね。


★おまけ



SSTC用のコイルを作るために家の中をあちこち探したのですが、ちょうど
良さげな素材が見つからなかったので、直径Φ65mmのパーツクリーナの
缶を利用しようかと。

ダンボールを巻いて木工用ボンドで留め、乾燥中。乾いたら表面には厚紙を
貼り付けてコイル用の芯を製作。直径Φ70mm 長さ200mの大きめコイルが
作れそう。

問題は、これにまた銅線を重ならずに巻くという苦行が待っているという点。
コイル巻き機とは言わないけど、せめて旋盤があればなぁ…。

まぁぼちぼち暇を見つけては巻きます。

白熱電球はプラズマボールになれるのか

今回は、白熱電球でプラズマボールを作る事は出来るのかをちょっと試して
みただけの記事です。

市販のプラズマボールとは、



こんなやつです。詳しい解説はWikipediaの プラズマボール のページへと
丸投げしますが、要は希ガス(ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン等)
を封入したガラス球の中に高電圧を印加すると、ガラス球に向けてプラズマ
フィラメントが形成され、放電が起こってどーのこーの、というやつ。

白熱電球は主にアルゴンと窒素ガスが封入されているので、本物と比べると
若干光り方は違うものの、似たようなものが出来るんじゃね？と思った次第。




なので早速、電球を買いました。白熱電球なんて買ったの何年振りだろう…。
もはや蛍光灯と並んで絶滅危惧種ですね。

ヤザワコーポレーションの ボール電球60W形クリア ﾖﾄﾞﾊﾞｽｨで￥253。安っ。
出来るだけ大きな電球が欲しかったので、直径Φ95mmのものを選択。多分
ﾖﾄﾞﾊﾞｽｨにあるものではこれが最大。
W数は別にどうでも良いです、普通にACで光らせる訳ではないので。でも
なぜか40Wより60Wの方が安かった。40Wの方が売れるからかな。



中身が見えなければ意味がないので、当然透明クリアの電球です。




手始めに冷陰極管用トランスで作ったミニ・テスラコイルで試してみました
が、微塵も点灯せず。これではﾊﾟｩﾜｧｧが足りないみたいですね。




ではコロナ放電を作るために作ったSSTCではどうかな。



おっ。何か出てる。サポート線とアンカの先端から放電が起こってますね。
照明を消してみましょか。



ガラス球がぼんやり青く光り、内部でツノのように放電しています。左下の
オレンジの光は横に置いた検電ドライバ。これも一緒に光ってますね。



ん～、まぁそれっぽいっちゃ～それっぽいんですが、これでも圧倒的に電圧
不足ですかね。Wikipediaの記事では「およそ35kHz、2-5kVの高周波交流」
とあるので、もっと高電圧が必要か…。

車やバイクのイグニッションコイルが良さそうですが、あれって結構高いん
ですよね。純正外しのジャンク品が狙い目かな。

ブラウン管TVのフライバックトランスも、新品単体で￥2,000とかしますし。
ジャンクのTVから取り出す方法もありますが、それでも結構高い上トランス
以外の不要部分をゴミに出すと家電リサイクル法に引っかかり、ブラウン管
の処理にも困る。

となると、やっぱり適しているのは ヤバいアレ ですかね。これなら電圧は
クリア出来そうですが、多分これの出力はパルスの直流なんで本物の動きは
期待出来ないかな。

それと、高圧モジュールを使って放電させた場合、本物に比べて電流が多い
ので、手にプラズマを引き寄せるような遊び方は出来ないかも知れないです。
多分触れた指が焦げます😇


せっかく電球買ったんで、今後も色々試してみる予定～。


※2026/04/08 追記

せっかくだしもっと派手に光らせてみようと、例の「ヤバいモジュール」を
一時的にスタンバトンから取り出しました。



こいつです。具体的に何kV出ているのかは分かりませんが、定格で駆動して
いる状態で感電したら、確実に死ぬレベル。

高圧出力のどちらかを電源のGNDに繋ぎたいので、乾電池1本 1.5Vで微弱に
駆動させた状態で出力に検電ドライバを付けてみると、どちらもネオン管が
点灯してしまい、負極が分からず。
内部的にも電源GNDとは繋がっていないみたいなので、とりあえず片方ずつ
試してみますか…。



電球は扱いやすいように、配線を直接ハンダ付けしてしまいました。



んで、高圧モジュールを電球に繋いで通電するも、全く放電が起こりません
でした。モジュールの限界に近い5.5V程度まで上げて2Aくらい流れており、
シュ～～～…といういかにもヤバい電圧を出していそうな音はしていますが、
電球内はSSTCに繋いだ時のようなツノ型の放電すら見えず。

モジュールの出力をもう一方に変えても同様でした。そのうち自作のベンチ
電源から何か聞いた事のないﾊﾟﾁｯ ﾊﾟﾁｯ という音がして動作が不安定になり、
また電源壊したくないのでやむなく実験中止。

このモジュールにはダイオードとコンデンサのコッククロフト・ウォルトン
回路が入っているのは確実なんで、出力が直流なんですよね。SSTCは多分
交流で出ているっぽいので、その辺でダメなのかも知れない。

他にもっと使えそうな高圧源を検討してみます。

ナイト2000 スキャナ回路 最終形態

昨日からまたNE555P＋CD4017BEのナイト2000 スキャナ回路をイジり、
7個目のLEDが点灯しない問題で半ば諦めていましたが、「これで最後」と
もう一度だけ修正作業を行い、希望する動作にこぎつける事が出来ました。




トランジスタだらけでもの凄く見づらい回路図です。

一度はもう要らないし部品取りしようかと思った自作トランジスタアレイを
残しておいて良かった…。

変更は以下の通り。
・4017の出力を全てトランジスタでバッファ
　4017自体の出力では、どうやっても7個目のLEDを光らせるのと双安定MV
　回路をトリガするのを同時には行えず、かと言って7個目だけバッファする
　と他のLEDと輝度が変わってしまうので。
・双安定MV回路のトリガ用トランジスタ B に繋がる抵抗を560kΩに
　元の10kΩじゃ全然ダメでした。470kΩでも7個目は点灯せず、1MΩでは
　上手くトリガを拾えない。てな訳でVCC+12Vなら560kが丁度良さそう。
　※後日更にトリガするギリギリを狙って560kΩ＋220kΩとしました。
・LED電流制限抵抗を電解コンの後ろに
　抵抗の後でLEDと電解コンを並列にすると一瞬で放電し切ってしまうため
　残光が少なく物足りない。抵抗とLEDを直列にした上で電解コンを並列に
　すると、いい感じの残光に。



基板表。整然と並んだSMDトランジスタがﾝﾞｷﾞﾓﾞｯﾁﾞｲｨｨｨ。



基板裏。何度も何度も部品を付け外しして来たので、パターン剥がれまくり。
終盤かなり雑配線で一度はゼロから作り直しも検討しましたが、何とか形に
なって良かった。
消費電流は電源12.3Vで最大115mA程度。

動画でもどうぞ(約24秒 音声なし)


しっかり往路・復路とも7個目が点灯しています。電源電圧に対してLEDの
電流制限抵抗が低い(240Ω)のですが、そもそも4017の出力電流が低いので
大丈夫みたいです。随所でだいぶ力業。
でもラズピコ版と比べるとやはりこちらの方が残光の付き方が自然というか
電球っぽくて良いです。

さしあたって問題があるとすれば、抵抗＋LEDと並列に入れている電解コン
の耐圧が6.3Vのままという点でしょうか🤣
16Vにするのを忘れていましたが、各LEDとも電圧がかかるのは一瞬なんで
とりあえずこのままにしておきます。
どうせアレイ化するならダイオードもSMDにすれば良かったな。


とにもかくにも、これでようやく正常動作の運びとなりました。ラズピコで
作ったPC-98ピポ回路と共に観賞用として保存しておきます。


※同日追記

ちょっとした作業もしておきました。



双安定MV回路のトリガ入力に560kΩを通したものの、若干ではありますが
他と比べて7個目が暗い気がしたので、更に100kΩを追加(手持ちに680kΩ
がなかったので…)。

これで気にならない程度まで明るさが揃ったと思います。

翌日更に追加の抵抗値を220kΩまで上げました。元々の560kΩと合わせて
780kΩ。可変抵抗を繋いで双安定MVがトリガを拾えなくなる値を調べると、
860kΩ位だったので。780kならLEDの輝度にほとんど影響しません。

ついでに、双安定MV回路に動作確認用で付けていたLEDを撤去、NE555Pの
パルス確認用LEDを低輝度な緑に変えて目立たないように。

これで完璧。

ナイト2000 スキャナ回路 その後

もうすぐ3月も終わりますね。DTMerの皆さまにおかれましてはエイプリル
全裸DTMに向けて作業が捗っておられる事とお慶び申し上げます。


これまでロジックICやラズピコを使用して、ナイトライダー ナイト2000の
スキャナ回路を製作して来ましたが、ひとつどうしても解決出来ない問題が
ありました。

ロジックICの回路では、双安定マルチバイブレータ(以下 双安定MV)で2個の
CD4017BE を切り替える事で往復させていましたが、往路・復路共7個目の
LEDが点灯しないという症状が出ていました。
とりあえずの対策として双安定MVのトリガを7個目ではなく未使用の8個目
から取る事で、一瞬モタつきがありながら7個目が問題なく点灯するように
していました。

しかしどうしても許せないので、その辺りを探って行く事に。


差し当たって7個目が点灯しないのは、双安定MVのトランジスタに電流を
喰われてLEDに十分な電流が流せないのが原因だと分かっているので、この
辺りを何とかしてみようかと。



データシートを見ると Output High Current は電源電圧15Vでも6.8mA
しか取れません。通常は12Vで動かしているので、恐らく最大でも3mA程。
このほとんどが、双安定MVのトランジスタでベース電流として消費されて
しまっています。
なので、4017の出力を一旦全てトランジスタで増幅してみます。




最初にダイオードアレイを出た後で増幅させるためにトランジスタアレイを
自作したものの、これじゃ前の回路と同じだわ…これじゃダメ。



ICからの出力をダイオードアレイの前に全て個別で増幅する為に、14chに
増やしました。



しかしこの回路ではこの後に繋がらない事に気付いて、更に作り直し。一体
何をやっているんだか…。




エミッタをダイオードアレイに接続する回路に修正。

ちなみにエミッタ接地とかコレクタ接地とか言うらしいですが、それぞれで
何が違うのか良く分かっていません。単純に現状の回路や部品の配置から、
LEDの後ろにトランジスタやダイオードのアレイを持って来ると、ジャンパ
配線が大変な事になってしまうので…。




完成。ちなみにトランジスタは 1P とマーキングがあるので恐らく 2N2222
だと思いますが、ジャンク基板からひっぺがしやーつなんで詳しい特性等は
hFE=240程度以外分かりません。



コレクタの配線がなかなか上手くハンダ付け出来なくて結構大変。




最終的に回路図はこのようになりました。もう正直バージョンが分からない
程度には改変しています。さて、どうなる事やら…。




電源を入れてみたものの…はいダメー。

写真では7個目が光っていますが、このLEDから双安定MVのパルスを取ると
やっぱり光らなくなってしまうので、8個目(4017の9ピン)から取る方式へと
戻しました。

思えば…一旦バッファを入れたり双安定MVへのパルスに2MΩを入れたり、
トランジスタではなく MOSFET で受けてみたりと、思いつく限りの対策を
して来ましたが、全てダメです。

いっそトランジスタもダイオードも入れずに、4017の出力をLEDに直結した
方が存外うまく行くのかも知れない。

※当日追記
実際にやってみたけど案の定ダメでした。

しかし、基板がもうダメですね。イジリすぎてあちこちパターンが剥がれて
しまっているので、これはもう新しい基板を使わなければ。

またそのうちイジッてみる事にしますが、正直いつになるか分かりませんね。
もしかしたら諦めてもうこの回路はイジるのをやめるかも。